侯俊英（青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島市 266061）

表面活性劑在Ni-P-SiC化學(xué)復(fù)合鍍中的應(yīng)用

侯俊英（青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島市 266061）

主要研究了表面活性劑的加入對Ni－P－SiC化學(xué)復(fù)合鍍中復(fù)合粒子的影響。為了使粒子得到良好的分散效果，選擇了陰離子型、陽離子型和非離子型三種表面活性劑，在確定的復(fù)合鍍工藝配方基礎(chǔ)上，改變各表面活性劑加入量，進(jìn)行試驗(yàn)。通過金相組織分析、顯微硬度測量、結(jié)合強(qiáng)度和孔隙率等性能測試，得出十二烷基苯磺酸鈉和AEO兩種表面活性劑分散SiC粒子效果較好。

表面活性劑；化學(xué)復(fù)合鍍；結(jié)合強(qiáng)度；硬度；孔隙率

1 引言

化學(xué)復(fù)合鍍是在化學(xué)鍍的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種表面處理技術(shù)：在化學(xué)鍍鍍液中加入不溶性的固體微粒如SiC等，通過攪拌或加入適當(dāng)表面活性劑使固體微粒懸浮于溶液中，實(shí)現(xiàn)分散微粒與基質(zhì)金屬的共沉積，從而制備具有較高硬度、耐磨性、自潤滑性、耐蝕性及特殊的裝飾外觀等功能性鍍層，常應(yīng)用在諸如壓鑄模表面性能改善的情況下。影響化學(xué)復(fù)合鍍的因素有絡(luò)合劑的選擇、不溶性固體微粒的添加量、穩(wěn)定劑、緩沖劑、表面活性劑、溫度、pH和攪拌速度等，其中表面活性劑是對鍍層性能影響較大的因素之一。表面活性劑是一種具有降低表面張力，減小表面能，能對溶液進(jìn)行乳化、潤濕、成膜等功能的物質(zhì)，在復(fù)合鍍過程中起潤濕基體和微粒表面、分散不溶性固體顆粒、提高懸浮液的穩(wěn)定性等作用[1－3]。本文擬對比三種不同表面活性劑及其加入量對復(fù)合鍍層的影響，并通過對鍍后試樣的檢測篩選出可適用于分散SiC粒子的表面活性劑種類及用量。

2 試驗(yàn)過程

本試驗(yàn)是將鍍件采用常規(guī)的方法除油、除銹、活化后入槽，經(jīng)過一定時(shí)間的鍍覆，使鍍件表面牢固地沉積一層與基體結(jié)合良好、硬度較高的、高質(zhì)量的、耐用可靠的鍍層。在Ni－P－SiC化學(xué)復(fù)合鍍過程中，表面活性劑起潤濕基體和微粒表面、提高懸浮液的穩(wěn)定性等作用，對復(fù)合鍍層性能影響較大。表面活性劑主要有陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑。在確定其它復(fù)合鍍工藝參數(shù)的情況下，通過改變所選各表面活性劑的加入量，進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)裝置及材料

主要裝置及用品包括76－1型恒溫玻璃水浴、燒杯、引流棒、過濾布、溫度計(jì)、pH試紙（施鍍過程中調(diào)節(jié)pH值用）等。主要試驗(yàn)材料是30mm×40mm鍍鋅鐵板若干。所用試劑包括硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸、醋酸鈉、鹽酸、碘酸鉀、十二烷基苯磺酸鈉、氨水、3%～5%的硝酸酒精、無水酒精、表面活性劑等。復(fù)合粒子為微米級SiC。所用藥品均為分析純化學(xué)試劑。

2.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)擬采用的表面活性劑種類[4]和加入量如表1所示。

表1 試驗(yàn)方案

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1 鍍層的金相組織

面活性劑十二烷基苯磺酸的加入量分別為20mg/L、40mg/L、60mg/L和80mg/L時(shí)所得復(fù)合鍍層，如圖1所示。

由圖1看出，選取十二烷基苯磺酸鈉為表面活性劑時(shí)，鍍層中粒子分布均勻，在施鍍時(shí)間相同的前提下，鍍層厚度隨十二烷基苯磺酸鈉加入量的增加而增加，在40mg/L時(shí)厚度最大而且SiC分布均勻。

表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的加入量分別為20mg/L、40mg/L、60mg/L和 80mg/L時(shí)所得復(fù)合鍍層如圖2所示。

根據(jù)圖2可以看出，當(dāng)選取十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑性時(shí)，不管加入量為多少都很難得到完整的鍍層。所以對于Ni-P-SiC復(fù)合鍍，十六烷基三甲基溴化銨并非是合適的表面活性劑。

表面活性劑AEO的加入量分別為3mL/L、5mL/L、7mL/L和9mL/L時(shí)所得復(fù)合鍍層如圖3所示。

由圖3看出，脂肪醇聚氧乙烯醚為表面活性劑時(shí)，鍍層均勻，在施鍍時(shí)間相同的前提下，鍍層厚度隨脂肪醇聚氧乙烯醚加入量的增加而增加，在5mL/L時(shí)厚度達(dá)到最大值且有粒子分布，然后厚度稍有下降且看不到復(fù)合粒子。

3.2 鍍層的硬度和厚度

對試驗(yàn)所得的鍍層進(jìn)行了顯微硬度與厚度的測量，其結(jié)果如圖4、圖5所示。

由圖4和圖5可以看出，隨著表面活性劑加入量的增加，鍍層顯微硬度和厚度都降低。十二烷基苯磺酸鈉加入量為40mg/L時(shí)，鍍層顯微硬度達(dá)到最大值，脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）加入量達(dá)到7mL/L時(shí)，鍍層顯微硬度達(dá)到最大值，說明在此范圍內(nèi)，表面活性劑對SiC顆粒的分散效果最好，鍍層中SiC顆粒分布均勻。但是表面活性劑的加入降低鍍速。

3.3 鍍層的結(jié)合強(qiáng)度和孔隙率

選取試驗(yàn)所得的各鍍件，采用彎曲試驗(yàn)法對鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行測試，結(jié)果表明，以十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑時(shí)鍍層經(jīng)彎曲有起皮、脫落現(xiàn)象，以十二烷基苯磺酸鈉和脂肪醇聚氧乙烯醚為表面活性劑時(shí)，鍍層結(jié)合良好，并隨著加入量增加，結(jié)合力增強(qiáng)[5－6]。用化學(xué)法測定各鍍件的孔隙率，表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉或脂肪酸聚氧乙烯醚時(shí)鍍層孔隙率為零。結(jié)果表明：添加這兩種表面活性劑時(shí)鍍層致密，防腐蝕性較好。十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑時(shí)鍍層孔隙率為2～3之間，隨表面活性劑量的增加孔隙率增加，當(dāng)表面活性劑為80mg/L時(shí)，表面起皮凸起嚴(yán)重鍍層脫落（如圖2）。

4 結(jié)論

（1）以十六烷基三甲基溴化銨（陽離子型表面活性劑）為表面活性劑的鍍層質(zhì)量差，所以不適合作為Ni－P－SiC復(fù)合鍍的表面活性劑。

（2）以十二烷基苯磺酸鈉（陰離子型表面活性劑）為表面活性劑的鍍層，尤其在其含量為40mg/L～60mg/L時(shí)，鍍層外觀相對較好，厚度最厚，硬度最大，孔隙率極??；以脂肪醇聚氧乙烯醚（非離子型表面活性劑）為表面活性劑的鍍層，尤其在其含量為5mL/L～7mL/L時(shí)，鍍層最為均勻，結(jié)合最好，硬度較高，孔隙率極小。因此這兩種表面活性劑能較好分散SiC粒子。

（3）隨著表面活性劑加入量的增加，鍍層硬度和厚度均降低。

[1]師昌緒，徐濱士.21世紀(jì)表面工程的發(fā)展趨勢[J].中國表面工程，2001，3（1）：2～7.

[2]蔡黎，陳秋龍，徐放.Ni－P－SiC復(fù)合鍍工藝及鍍層性能研究[J].材料與表面處理技術(shù)，2007（4）：81～82.

[3]仵亞婷，沈彬，劉磊，等.化學(xué)復(fù)合鍍的研究現(xiàn)狀及鍍層的應(yīng)用[J].電鍍與涂飾，2004，24（1）：58～64.

[4]萬家瑰，李淑華.表面活性劑在Ni—P化學(xué)復(fù)合鍍中的應(yīng)用[J].電鍍與涂飾，2006，11（25）：46～48.

[5]Schmitt－Thomas Kh G，Haindi H Fu D.Modification of themal barrier coatings（TBCs）[J].Surface and coatings technology，1997，94－95（1－3）:149～15.

[6]俞世俊，宋力昕，黃銀松，等.化學(xué)鍍Ni－P－SiC復(fù)合鍍層的研究[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào)，2004，19（3）：647～652.

Application of Surfactants on Ni-P-SiC Chem ical Com posite Plating

HOU JunYing
（Institute of Mechanical Elec tron Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266061，Shandong China）

The effec ts on com posite partic les of the add ition of surfactants on the Ni-P-SiC electroless com posite p lating have been studied.For good partic le dispersion effect，3 kinds of surfactant of anionic,cationic and non-ionic type have been selected.Within determ ined formula of the com posite p lating p rocess,the adding amount of each surfactant has been changed.Through the m icrostructure analysis,m icrohardness measurement,combined w ith testing of streng th and porosity,resulting in that better SiC partic les d ispersion effect has been w ith two surfactants of SDBS and AEO.

Surfac tants；Chem ical com posite p lating；Bond streng th;Hardness；Porosity

TG174.44;

A；

1006－9658（2010）03－3

2010－02－22

2010－023

侯俊英（1967－），女，副教授，碩士，主要從事材料成型及金屬材料表面改性處理方面的教學(xué)與研究工作